JPH06328689A - インクジェット式印字ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高応答周波数を実現でき、ラインヘッド化し
た場合のねじれ等において充分な剛性を保つヘッド構
造。 【構成】 インクの固有振動周期Ｔｃを高速にするため
圧力室３０２を小さくすることにより発生する剛性不足
を、各圧力室３０２にインクを供給する本インク流路１
１０と同じインク流路板１０６で形成され、隔壁板１０
４の延材、ノズル開口部１０２が配置されているノズル
プレート１０５とにより構成されている補助インク流路
１１１を設けることにより高応答周波数対応でかつ、充
分な剛性を保つラインヘッドを実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
ターに用いる印字ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェット式印字ヘッドの公
知技術として、図１４に示されるように、インク流路を
ノズルプレートと圧力発生部材との間に介装した、前記
圧力発生部材により駆動される振動板面よりも掘り下げ
た構造が特開平４−１０５２号公報に開示されている。
本構造によれば圧力室両側のノズル配列方向に直交する
インク流路断面積を深さ方向に容易に大きく出来るため
高粘度インクであっても容易にヘッドの多ノズル化、高
駆動周期化が可能になるという特徴がある。

【０００３】しかし、多ノズル化構造にした場合、駆動
ノズルに隣接したノズルへ圧力波が、圧力室を形成して
いる壁部材やノズルプレート及び共通のインク流路を介
して伝播し、隣接したノズルを駆動したとき、その吐出
インク滴の大きさや吐出速度、吐出タイミングを変化さ
せたり、粒子化状態を不安定にさせるクロストークが発
生する。これらのクロストークを防止するため特開平３
−８２５４６号公報に示されているように、供給される
インクを収納するための液室に連絡する連絡口に、第２
の液室を有する連絡口付板を備えた構造が開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、高応答周波数
対応のヘッドを実現するためには、圧力室に満たされる
インクの固有振動周期Ｔｃを高速化しなければならな
い。高速のインク固有振動周期Ｔｃを実現するために
は、特開平４−１０５２号公報を示す図１４に於ける圧
力室寸法Ａを小さくすることにより実現できる。しか
し、圧力室寸法Ａを小さくすることにより、ノズルプレ
ートと隔壁板を支持している部分が小さくなるため、ノ
ズルプレートと隔壁板の剛性ダウン、特にラインヘッド
化した場合（圧力室が横一列に並ぶ）は、ヘッドのねじ
れ、ヘッド表面のクリーニング時に於けるワイピングや
キャッピング時に、圧力室寸法Ａ部に大きな力が掛かる
ため破壊する恐れがある。

【０００５】また、特開平３−８２５４６号公報は第２
液室を形成するための連絡口付板を必要とするため、コ
スト高になる。また、流路を作る壁と連絡口付板の接着
が隙間なく行われていない場合、隣合う流路と流路がつ
ながってしまうためクロストークが発生し易くなるとい
う問題を有している。

【０００６】本発明の目的は、高応答周波数のラインヘ
ッド化を目的とし、且つラインヘッド化した場合のねじ
れやたわみ等において各部品の充分な剛性を保つライン
ヘッドを実現することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
式印字ヘッドは、インク滴を吐出するノズル開口を配列
するノズルプレートと、各ノズルに対応した圧力室と、
各圧力室を隔離する壁部材と、前記ノズルプレートと前
記壁部材と共に圧力室を形成し、圧電素子の動圧を伝え
る振動板と各圧力室にインクを供給する本インク流路
と、壁部材の延材とノズルプレート及び本インク流路を
形成するインク流路板により構成される補助インク流路
を有することを特徴とする。

【０００８】また、補助インク流路は隣接する２つ以上
の圧力室と連通していることを特徴とする。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の実施例の詳細を図面を参照し
て説明する。

【００１０】図１は本発明の高応答周波数を達成するた
め、小さな圧力室を用いたインクジェット式印字ヘッド
の全体構成を示す分解斜視図、図２は前記ヘッドの上面
図で、図３は、図２に於けるＡＡ断面図、図４は、図３
に於けるＣ部拡大図、図５は、図２に於けるＢＢ断面図
である。

【００１１】本発明のインクジェット式印字ヘッドは図
１に示すように、圧電素子１０１、ベース板１０７、イ
ンク流路板１０６、振動板１０３、隔壁板１０４、ノズ
ルプレート１０５、インク供給口１１３から構成されて
いる。

【００１２】図２乃至図５に於いて、インクはインク流
路板１０６に形成されたインク供給口１１３より本イン
ク流路１１０を通りさらに補助インク流路１１１を介し
て、隔壁板１０４とノズルプレート１０５と振動板１０
３により構成された各圧力室３０２に供給される。

【００１３】各圧力室３０２に対応して圧電素子１０１
と、ノズル開口部１０２が配置されており、圧電素子１
０１はベース板１０７上に配置され、ＦＰＣ１０８を介
したプリンタ本体からの電気信号により伸縮運動を繰り
返し振動板１０３を介してノズル開口部１０２よりイン
クを吐出する。

【００１４】図６は、本発明の第１の実施例を示す高応
答周波数を達成するための小さな圧力室を用いたライン
ヘッド主要部の構造説明斜視図、図７は前記主要部の平
面図である。

【００１５】インクの固有振動周期Ｔｃが小さい程、イ
ンクの吐出間隔を狭くし、周波数特性を向上させること
ができるため、高速印字が可能になることが確認されて
いる。

【００１６】圧力室３０２に満たされるインクの固有振
動周期Ｔｃは、式１のように示される。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここで、Ｍｎはノズルのイナータンス、Ｍ
ｉはインク流路のイナータンス、Ｃｉはインクのコンプ
ライアンス、Ｃｃは圧力室３０２のコンプライアンスで
ある。

【００１９】また、Ｍｎ，Ｍｉ，Ｃｉ，Ｃｃは以下のよ
うに式２乃至式５によって定義されている。

【００２０】

【数２】

【００２１】ここで、ρはインク密度、Ｓ(x)はノズル
プレート１０５の厚さｘに於けるノズル開口部１０２の
断面積、ｋはノズル開口部１０２形状によって決定され
る非定常解を考慮した比例定数である。

【００２２】

【数３】

【００２３】ここで、ρはインク密度、Ｓ(l)は圧力室
３０２ｌに於ける圧力室３０２の断面積、ｋは圧力室３
０２形状によって決定される非定常解を考慮した比例定
数、ｎはノズル開口部に対する圧力室３０２の数であ
る。

【００２４】

【数４】

【００２５】ここで、ｖは圧力室３０２の体積、ρはイ
ンク密度、ｃはインクの音速である。

【００２６】

【数５】

【００２７】ここで、ΔＶは単位圧力あたりの圧力室３
０２の変形体積、Ｐ０は単位圧力である。

【００２８】このように、圧力室３０２の体積を小さく
することにより、インクの固有振動周期Ｔｃを小さくす
ることができる。圧力室３０２の体積を小さくするため
には、隔壁板１０４の厚み、ノズル配列方向に直交する
幅及び、振動板１０３とインク流路板１０６のノズル配
列方向に直交する幅等を小さくすることが考えられる
が、中でも、振動板１０３とインク流路板１０６のノズ
ル配列方向に直交する幅を小さくすることにより、圧力
室３０２の体積をより小さくすることができる。

【００２９】しかし、振動板１０３とインク流路板１０
６のノズル配列方向に直交する幅を小さくすることによ
り、前記課題のノズルプレート１０５と隔壁板１０４の
剛性ダウン、破壊するという問題を有しているため、本
発明では、これらの問題に対して、補助インク流路１１
１を設けることで、ノズルプレート１０５及び隔壁板１
０４の延材部１１４を支持する部分の面積が大きくなる
ことから、剛性アップ、破壊を防ぐことができた。

【００３０】補助インク流路１１１は、各圧力室３０２
にインクを供給する本インク流路１１０と同じインク流
路板１０６で形成され、隔壁板１０４の延材部１１４、
インク開口部１０２が配置されているノズルプレート１
０５とにより構成されている。

【００３１】補助インク流路部１１２を形成するインク
流路板１０６の壁部１１３と隔壁板１０４の延材部１１
４を別部材で構成した場合、下記に示す影響が起こる。

【００３２】図８は図２の他の実施例を示すＢＢ断面図
で、補助インク流路１１１を形成するインク流路板１０
６の壁部１１３を別部材で形成した時の図である。

【００３３】図８に示すように、補助インク流路１１１
を形成する壁部１１３を別部材で形成した場合、インク
流路板１０６と、壁部１１３は図８に示すように断差が
生じる。断差が生じることにより、圧電素子１０１と振
動板１０３との接着が確実にできなくなるため、圧電素
子１０１の伸縮運動により発生する振動が圧力室３０２
内に伝達されずノズル開口部１０２よりインクが吐出さ
れなくなってしまう。また、圧電素子１０１と振動板１
０３の接着が確実に行われた場合、今度は振動板１０３
と隔壁板１０４の接着面に隙間が生じ、隣合う圧力室３
０２がつながるため圧力室３０２内のコンプライアンス
が大きくなり、インクの固有振動周期Ｔｃが遅くなる。
さらにはクロストークも発生する可能性がある。

【００３４】また、図９は図２の他の実施例を示すＢＢ
断面図で、補助インク流路１１１を形成するインク流路
板１０６の壁上に配置される隔壁板１０４の延材部１１
４が別部材で形成した時の図である。

【００３５】図９に示すように、補助インク流路１１１
を形成する延材部１１４を別部材で形成した場合、隔壁
板１０４と延材部１１４は図９に示すように断差が生じ
る。

【００３６】このような断差が生じた場合、ノズルプレ
ート１０５と隔壁板１０４の接着面に隙間が生じ、隣合
う圧力室３０２がつながるため圧力室３０２内のコンプ
ライアンスが大きくなり、インクの固有振動周期Ｔｃが
遅くなる。さらにはノズルプレート１０５の圧力室部３
０３部の剛性がダウンしてしまうため、クロストークが
発生してしまう。

【００３７】このように、壁部１１３及び延材部１１４
を別部品で構成することは前述のような悪影響があるこ
とから、補助インク流路１１１を形成する壁部１１３、
延材部１１４それぞれはインク流路板１０６、隔壁板１
０４の延材であることが良い。それぞれが延材であるこ
とにより前述の断差が発生しないため、圧電素子１０１
の発生する振動が、振動板１０３を介して各圧力室３０
２に確実に伝達することができると同時に、各圧力室３
０２が確実に隔離できる。そして、延材を用いることに
より接着面積を大きくすることができることから、圧力
室部３０３の剛性アップができ、前述した圧力室のコン
プライアンスを低減でき高速なインクの固有振動周期Ｔ
ｃが実現できる効果を有する。

【００３８】補助インク流路１１１の寸法は、圧力室３
０２内のインクの固有振動周期Ｔｃが変わらないように
するのが望ましい。本発明者が実験を行った結果、図１
０のようになった。

【００３９】図１０は、実施例図５及び図６で述べた、
圧力室３０２内の条件が、以下の表１の時に、補助イン
ク流路部１１２の長さを、圧力室３０２ノズル配列直交
方向幅の１／２として、補助インク流路１１１の断面積
を圧力室３０２のＸ倍とした時の圧力室３０２内の、イ
ンクの固有振動周期Ｔｃを調査したものである。尚、１
００％の時は補助インク流路１１１が無く、圧力室３０
２が直接本インク流路１１０に連通している場合であ
る。

【００４０】

【表１】

【００４１】これによると補助インク流路１１１の断面
積は、圧力室３０２の断面積に対し大きいほど圧力室３
０２内のインクの固有振動周期Ｔｃに影響を与えること
なく５０倍以上あれば影響は皆無である。

【００４２】さらに図１１の前記ラインヘッド主要部の
他の実施例の平面図で示すように、補助インク流路１１
１は隣接する２つ以上の圧力室３０２と連通していても
よい。 この場合、補助インク流路１１１の断面積は実
施例図５及び図６で述べた断面積よりも２倍以上の大き
さになるので、深さを半分以下にすることができる。こ
れにより、補助インク流路１１１を形成し、ノズルプレ
ート１０５及び隔壁板１０４を支持しているインク流路
１０６の壁の強度が上がる。

【００４３】また圧力室３０２挟んで対象形状ではな
く、図１１に示すように補助インク流路１１１を形成し
ているインク流路板１０６の壁が交互に設けられていて
もよい。この場合、前記強度が上がると同時に各圧力室
３０２を形成する隔壁板１０４の強度が均等になる。

【００４４】さらに、図１２は前記ラインヘッド主要部
の他の実施例を示す構造説明斜視図、第１３図は前記主
要部の平面図で示すように、各圧力室３０２を隔ててい
る隔壁板１０４の壁は補助インク流路１１１上で、隣合
う壁と本インク流路１１０側で継がることにより、隔壁
板１０４とインク流路板１０６及びノズルプレート１０
５の剛性アップができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明してきたように、インクの固有
振動周期Ｔｃを高速にするため圧力室を小さくすること
により発生する剛性不足は、補助インク流路を設けるこ
とにより高応答周波数対応でかつ、充分な剛性を保つラ
インヘッドを実現することができる。また、補助インク
流路は本インク流路を形成しているインク流路板と一体
で形成することにより、高精度で特性のバラツキが無い
ラインヘッドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット式印字ヘッドの全体構
成を示す斜視図。

【図２】本発明のインクジェット式印字ヘッドの構造を
示す上面図。

【図３】本発明のインクジェット式印字ヘッドの構造を
示す図２のＡ−Ａ断面図。

【図４】本発明のインクジェット式印字ヘッドの構造を
示す図２のＣ部詳細断面図。

【図５】本発明のインクジェット式印字ヘッドの構造を
示す図２のＢ−Ｂ断面図。

【図６】本発明の第１の実施例を示すラインヘッド主要
部の構造説明斜視図。

【図７】本発明の第１の実施例を示すラインヘッド主要
部の平面図。

【図８】本発明のインクジェット式印字ヘッドの構造を
示す図２の他の実施例を示すＢＢ断面図。

【図９】本発明のインクジェット式印字ヘッドの構造を
示す図２の他の実施例を示すＢＢ断面図。

【図１０】インクの固有振動周期Ｔｃの実験結果を示す
図。

【図１１】本発明の他の実施例を示すラインヘッド主要
部の平面図。

【図１２】本発明の他の実施例を示すラインヘッド主要
部の構造説明斜視図。

【図１３】本発明の他の実施例を示すラインヘッド主要
部の平面図。

【図１４】本発明に関する従来例を示すインクジェット
ヘッド主要部の断面図。

【符号の説明】

１０１ 圧電素子 １０２ ノズル開口部 １０３ 振動板 １０４ 隔壁板 １０５ ノズルプレート １０６ インク流路板 １０７ ベース板 １１０ 本インク流路 １１１ 補助インク流路 ３０２ 圧力室

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを加圧しインク滴を飛翔させるマ
   ルチノズルインクジェット式印字ヘッドにおいて、イン
   ク滴を吐出するノズル開口を配列するノズルプレート
   と、各ノズルに対応した圧力室と、各圧力室を隔離する
   壁部材と、前記ノズルプレートと前記壁部材と共に圧力
   室を形成し、圧電素子の動圧を伝える振動板と各圧力室
   にインクを供給する本インク流路と、壁部材の延材とノ
   ズルプレート及び本インク流路を形成するインク流路板
   により構成される補助インク流路を有することを特徴と
   するインクジェット式印字ヘッド。
2. 【請求項２】 前記マルチノズルインクジェット式印字
   ヘッドにおいて、補助インク流路は隣接する２つ以上の
   圧力室と連通していることを特徴とする請求項１記載の
   インクジェット式印字ヘッド。